CN108627458A - 光谱检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光谱检测方法及系统，光谱检测方法包括如下步骤：S1,制样；S2,被测样品固定；S3,获取光源：使用脉冲激光器产生光源，利用至少两个光偏振器将光源汇聚且相交于被测样品的上表面中心处；S4,处理光源；S5,数据处理与记录：使用直读光谱仪读取单色仪生成的光信号，利用工控机内的应用程序对光信号进行数据处理，绘制并存储光谱数据。光谱检测系统包括对中夹钳、电动液压锯床、光谱磨样机、脉冲激光器、光偏振器、分束器、格兰泰勒棱镜、滤光镜、半波镜、凸透镜、单色仪、直读光谱仪、采集卡和安装有LabVI EW开发平台的工控机。本发明能够实现被测样品360°灵活旋转调整，降低被测样品污染的可能性，光谱检测数据实现多元化处理，数据存储更加便捷可靠。

Description

光谱检测方法及系统

技术领域

本发明属于材料检测技术领域，具体涉及一种光谱检测方法和一种光谱检测系统。

背景技术

非线性光谱技术是通过将两束或两束以上的脉冲激光同时照射至样品，从而获取样品分子结构与性能特征的技术。

在传统的非线性光谱实验中，获取一组非线性光谱数据之后，通常会改变脉冲激光偏振或改变样品方向获取另一组非线性光谱数据，以达到通过改变实验条件，获取更多的分子结构信息的目的。但由于光谱信号会受到实验温湿度波动、样品挥发程度、反应时间等各种因素的影响，在不同实验中获取的非线性光谱对应的实验条件和样品状态并不一定相同，这样就大大降低了检测的准确性，并且进行两次实验造成光谱检测的效率也非常低。

另外，在检测过程中，被测样品的固定、角度调整和样品更换比较繁琐，且在此过程中，容易污染样品的外表面，影响光谱检测的效果。

现有技术中，中国专利公开号为CN 106918603 A公开了一种光谱检测方法及系统，光谱检测系统由光源、分光器件、镜头、图像采集器和控制电路组成，待检测薄膜的一条窄带区域的发射光、反射光或透射光经过镜头聚焦后进入分光组件，经分光组件分光后，不同波长的光在空间上分开，透射到图像采集器，光剖监测系统包含一组或多组光谱成像装置，光谱检测方法包括：根据接收到的检测命令采集待检测薄膜的光谱数据；确定光谱数据的光谱质量信息；根据光谱质量信息，通过预设缺陷值计算公式计算待检测薄膜的综合缺陷值；确定综合缺陷值是否满足预设条件，以供确定带检测薄膜的质量是否合格。

上述专利中，仅提供了光谱检测方法及系统，被测样品的角度无法灵活调整，且不具有光谱数据处理的开发平台，后台无法对数据进行多元化处理，实用性差，功能单一。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种光谱检测方法及系统，使用该光谱检测方法和光谱检测系统后，被测样品的旋转角度实现360°灵活调整，降低被测样品上表面污染的可能性，光谱检测数据实现多元化处理，数据存储更加便捷可靠。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

提供一种光谱检测方法，用于光谱检测系统，所述光谱检测方法使用到酒精、对中夹钳、电动液压锯床、光谱磨样机、脉冲激光器、光偏振器、分束器、格兰泰勒棱镜、滤光镜、半波镜、凸透镜、单色仪、直读光谱仪、采集卡和安装有LabVIEW开发平台的工控机；

所述光谱检测方法包括如下步骤：

S1、制样：首先，使用所述电动液压锯床将金属材料制成55mmx10mmx10mm(长x高x宽)标准尺寸的被测样品，然后，用所述光谱磨样机将所述被测样品的外表面打磨光滑，并对被测样品进行尺寸微调，最后，使用酒精清除所述被测样品的上表面污渍；

S2、被测样品固定：使用所述对中夹钳将被测样品牢牢钳住，并始终保持所述对中夹钳和所述被测样品水平放置状态；

S3、获取光源：使用所述脉冲激光器产生光源，并利用至少两个光偏振器将所述光源汇聚且相交于所述被测样品的上表面中心处，即多条入射光线汇聚于一中心点处；

S4、处理光源：所述入射光线照射在被测样品后，形成一反射光线，所述反射光线通过分束器将反射光线分成非红外反射光线和红外透射光线，所述非红外反射光线和所述红外透射光线所在的光路上皆依次设有格兰泰勒棱镜、半波镜、滤光镜、凸透镜和单色仪；

所述格兰泰勒棱镜，将目标光线转换成线偏振光；

所述半波镜，用于改变线偏振光的偏振角度，以便线偏振光射入滤光镜中；

所述滤光镜，滤掉线偏振光的杂波，选取所需辐射波段的线偏振光；

所述凸透镜，用于聚焦从滤光镜射出来的分散的线偏振光；

所述单色仪，用于分离出线偏振光中特定波长的光信号；

S5、数据处理与记录：使用直读光谱仪读取单色仪生成的光信号，并利用工控机内的应用程序对光信号进行整合和数据处理，绘制并存储相关光谱图数据。

本发明为了解决其技术问题，所采用的进一步技术方案是：

进一步地说，所述应用程序是基于LabVIEW平台开发的用于光信号去噪、滤波、信号放大处理的应用程序，所述应用程序安装于所述工控机内，且可以移植到其他开发平台内。

进一步地说，所述光谱图数据通过所述应用程序进行数据的整合和处理，使用所述采集卡存储处理后的光谱图数据，同时所述应用程序生成EXCEL表格或WORD文档，将处理后的光谱图数据导入至所述EXCEL表格内或WORD文档内，且所述EXCEL表格或WORD文档的后缀名具有日期。

还提供了一种光谱检测系统，所述光谱检测系统包括对中夹钳、电动液压锯床、光谱磨样机、脉冲激光器、光偏振器、分束器、格兰泰勒棱镜、滤光镜、半波镜、凸透镜、单色仪、直读光谱仪、采集卡和安装有LabVIEW开发平台的工控机，所述单色仪的输出端与所述直读光谱仪的输入端电连接，所述直读光谱仪的输出端与所述采集卡的输入端电连接，所述采集卡的输出端与所述工控机电连接。

进一步地说，所述光偏振器位于所述脉冲激光器的下游，且所述脉冲激光器和所述光偏振器皆位于所述入射光线所在的光路上。

进一步地说，沿着所述目标光线所在的光路方向，依次设有所述分束器、格兰泰勒棱镜、滤光镜、半波镜、凸透镜、单色仪和直读光谱仪。

进一步地说，所述对中夹钳安装于旋转平台上，且所述旋转平台的旋转角度的范围为0～360°。

进一步地说，所述旋转平台的正下方设有驱动电机，所述驱动电机的输出轴与所述旋转平台连接。

进一步地说，所述滤光镜为菲涅尔透镜、长波用锗透镜、短波用光学玻璃或石英玻璃。

本发明的有益效果是：

一、本发明的用于固定被测样品的对中夹钳安装于旋转平台上，旋转平台的正下方设有驱动电机，驱动电机的输出轴与旋转平台连接，通过驱动电机的输出轴带动旋转平台旋转，实现被测样品360°旋转，方便被测样品全角度进行光谱数据检测，提高光谱检测效率，降低被测样品在拆装过程中遭受污染的可能性；

二、本发明的工控机内置LabVIEW开发平台，在该平台下，安装有基于LabVIEW平台开发的用于光信号去噪、滤波、信号放大处理的应用程序，应用程序可以移植到其他开发平台内，所述光谱图数据通过所述应用程序进行数据的整合和处理，使用采集卡存储处理后的光谱图数据，同时应用程序生成EXCEL表格或WORD文档，将处理后的光谱图数据导入至EXCEL表格内或WORD文档内，由于采用图形化G语言来开发应用程序，更加易于人群接受，且光谱图数据以文档形式保存，更方便检测人员观察数据变化，提供有效的参考数据库，方便后续光谱图进行数据处理和优化；

三、本发明的滤光镜采用的是锗材质的滤光镜，能够利于线偏振光中的红外光进行有效透射，且非红外光反射至其他光路，便于多束光线同时进行光谱检测与数据记录，避免因外界条件不同而降低光谱检测的准确性，多束光线并行检测大大提高了光谱检测效率。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明的光谱检测方法流程图；

图2是本发明的光谱检测系统结构示意图；

附图中各部分标记如下：

对中夹钳1、脉冲激光器2、光偏振器3、分束器4、格兰泰勒棱镜5、滤光镜6、半波镜7、凸透镜8、单色仪9、直读光谱仪10、采集卡11、工控机12、被测样品13、旋转平台14、驱动电机15和所述驱动电机的输出轴151。

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本发明的具体实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的优点及功效。本发明也可以其它不同的方式予以实施，即，在不背离本发明所揭示的范畴下，能予不同的修饰与改变。

实施例一：一种光谱检测方法，如图1所示，用于光谱检测系统，所述光谱检测方法使用到酒精、对中夹钳1、电动液压锯床、光谱磨样机、脉冲激光器2、光偏振器3、分束器4、格兰泰勒棱镜5、滤光镜6、半波镜7、凸透镜8、单色仪9、直读光谱仪10、采集卡11和安装有LabVIEW开发平台的工控机12；

所述光谱检测方法包括如下步骤：

S1、制样：首先，使用所述电动液压锯床将金属材料制成55mmx10mmx10mm(长x高x宽)标准尺寸的被测样品13，然后，用所述光谱磨样机将所述被测样品的外表面打磨光滑，并对被测样品进行尺寸微调，最后，使用酒精清除所述被测样品的上表面污渍；

S2、被测样品固定：使用所述对中夹钳将被测样品牢牢钳住，并始终保持所述对中夹钳和所述被测样品水平放置状态；

S3、获取光源：使用所述脉冲激光器产生光源，并利用至少两个光偏振器将所述光源汇聚且相交于所述被测样品的上表面中心处，即多条入射光线汇聚于一中心点处；

S4、处理光源：所述入射光线照射在被测样品后，形成一反射光线，所述反射光线通过分束器将反射光线分成非红外反射光线和红外透射光线，所述非红外反射光线和所述红外透射光线所在的光路上皆依次设有格兰泰勒棱镜、半波镜、滤光镜、凸透镜和单色仪；

所述格兰泰勒棱镜，将目标光线转换成线偏振光；

所述半波镜，用于改变线偏振光的偏振角度，以便线偏振光射入滤光镜中；

所述滤光镜，滤掉线偏振光的杂波，选取所需辐射波段的线偏振光；

所述凸透镜，用于聚焦从滤光镜射出来的分散的线偏振光；

所述单色仪，用于分离出线偏振光中特定波长的光信号；

S5、数据处理与记录：使用直读光谱仪读取单色仪生成的光信号，并利用工控机内的应用程序对光信号进行整合和数据处理，绘制并存储相关光谱图数据。

所述应用程序是基于LabVIEW平台开发的用于光信号去噪、滤波、信号放大处理的应用程序，所述应用程序安装于所述工控机内，且可以移植到其他开发平台内。

所述光谱图数据通过所述应用程序进行数据的整合和处理，使用所述采集卡存储处理后的光谱图数据，同时所述应用程序生成EXCEL表格或WORD文档，将处理后的光谱图数据导入至所述EXCEL表格内或WORD文档内，且所述EXCEL表格或WORD文档的后缀名具有日期。

实施例二：一种光谱检测方法，如图2所示，所述光谱检测系统包括对中夹钳、电动液压锯床、光谱磨样机、脉冲激光器、光偏振器、分束器、格兰泰勒棱镜、滤光镜、半波镜、凸透镜、单色仪、直读光谱仪、采集卡和安装有LabVIEW开发平台的工控机，所述单色仪的输出端与所述直读光谱仪的输入端电连接，所述直读光谱仪的输出端与所述采集卡的输入端电连接，所述采集卡的输出端与所述工控机电连接。

所述光偏振器位于所述脉冲激光器的下游，且所述脉冲激光器和所述光偏振器皆位于所述入射光线所在的光路上。

所述非红外反射光线和所述红外透射光线所在的光路上皆依次设有所述分束器、格兰泰勒棱镜、滤光镜、半波镜、凸透镜、单色仪和直读光谱仪。

包括旋转平台14，所述旋转平台承载所述对中夹钳，且所述旋转平台安装于所述对中夹钳的下端，所述旋转平台的旋转角度的范围为0～360°。

所述旋转平台的正下方设有驱动电机15，所述驱动电机的输出轴151与所述旋转平台连接。

所述滤光镜为菲涅尔透镜、长波用锗透镜、短波用光学玻璃或石英玻璃。

本发明的工作过程和工作原理如下：

首先，使用所述电动液压锯床将金属材料制成55mmx10mmx10mm(长x高x宽)标准尺寸的被测样品，然后，用所述光谱磨样机将所述被测样品的外表面打磨光滑，并对被测样品进行尺寸微调，最后，使用酒精清除所述被测样品的上表面污渍；

其次，使用所述对中夹钳将被测样品牢牢钳住，并始终保持所述对中夹钳和所述被测样品水平放置状态；

其次，获取光源：使用所述脉冲激光器产生光源，并利用至少两个光偏振器将所述光源汇聚且相交于所述被测样品的上表面中心处，即多条入射光线汇聚于一中心点处；

再其次，处理光源：所述入射光线照射在被测样品后，形成一反射光线，所述反射光线通过分束器将反射光线分成非红外反射光线和红外透射光线，所述非红外反射光线和所述红外透射光线所在的光路上皆依次设有格兰泰勒棱镜、半波镜、滤光镜、凸透镜和单色仪；

最后，数据处理与记录：使用直读光谱仪读取单色仪生成的光信号，并利用工控机内的应用程序对光信号进行整合和数据处理，绘制并存储相关光谱图数据。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种光谱检测方法，用于光谱检测系统，其特征在于：所述光谱检测方法使用到酒精、对中夹钳(1)、电动液压锯床、光谱磨样机、脉冲激光器(2)、光偏振器(3)、分束器(4)、格兰泰勒棱镜(5)、滤光镜(6)、半波镜(7)、凸透镜(8)、单色仪(9)、直读光谱仪(10)、采集卡(11)和安装有LabVIEW开发平台的工控机(12)；

所述光谱检测方法包括如下步骤：

S1、制样：首先，使用所述电动液压锯床将金属材料制成55mmx10mmx10mm(长x高x宽)标准尺寸的被测样品(13)，然后，用所述光谱磨样机将所述被测样品的外表面打磨光滑，并对被测样品进行尺寸微调，最后，使用酒精清除所述被测样品的上表面污渍；

S2、被测样品固定：使用所述对中夹钳将被测样品牢牢钳住，并始终保持所述对中夹钳和所述被测样品水平放置状态；

S3、获取光源：使用所述脉冲激光器产生光源，并利用至少两个光偏振器将所述光源汇聚且相交于所述被测样品的上表面中心处，即多条入射光线汇聚于一中心点处；

S4、处理光源：所述入射光线照射在被测样品后，形成一反射光线，所述反射光线通过分束器将反射光线分成非红外反射光线和红外透射光线，所述非红外反射光线和所述红外透射光线所在的光路上皆依次设有格兰泰勒棱镜、半波镜、滤光镜、凸透镜和单色仪；

所述格兰泰勒棱镜，将目标光线转换成线偏振光；

所述半波镜，用于改变线偏振光的偏振角度，以便线偏振光射入滤光镜中；

所述滤光镜，滤掉线偏振光的杂波，选取所需辐射波段的线偏振光；

所述凸透镜，用于聚焦从滤光镜射出来的分散的线偏振光；

所述单色仪，用于分离出线偏振光中特定波长的光信号；

S5、数据处理与记录：使用直读光谱仪读取单色仪生成的光信号，并利用工控机内的应用程序对光信号进行整合和数据处理，绘制并存储相关光谱图数据。

2.根据权利要求1所述的光谱检测方法，其特征在于：所述应用程序是基于LabVIEW平台开发的用于光信号去噪、滤波、信号放大处理的应用程序，所述应用程序安装于所述工控机内，且可以移植到其他开发平台内。

3.根据权利要求1所述的光谱检测方法，其特征在于：所述光谱图数据通过所述应用程序进行数据的整合和处理，使用所述采集卡存储处理后的光谱图数据，同时所述应用程序生成EXCEL表格或WORD文档，将处理后的光谱图数据导入至所述EXCEL表格内或WORD文档内，且所述EXCEL表格或WORD文档的后缀名具有日期。

4.一种光谱检测系统，其特征在于：所述光谱检测系统包括对中夹钳、电动液压锯床、光谱磨样机、脉冲激光器、光偏振器、分束器、格兰泰勒棱镜、滤光镜、半波镜、凸透镜、单色仪、直读光谱仪、采集卡和安装有LabVIEW开发平台的工控机，所述单色仪的输出端与所述直读光谱仪的输入端电连接，所述直读光谱仪的输出端与所述采集卡的输入端电连接，所述采集卡的输出端与所述工控机电连接。

5.根据权利要求4所述的光谱检测系统，其特征在于：所述光偏振器位于所述脉冲激光器的下游，且所述脉冲激光器和所述光偏振器皆位于所述入射光线所在的光路上。

6.根据权利要求4所述的光谱检测系统，其特征在于：所述非红外反射光线和所述红外透射光线所在的光路上皆依次设有所述分束器、格兰泰勒棱镜、滤光镜、半波镜、凸透镜、单色仪和直读光谱仪。

7.根据权利要求4所述的光谱检测系统，其特征在于：包括旋转平台(14)，所述旋转平台承载所述对中夹钳，且所述旋转平台安装于所述对中夹钳的下端，所述旋转平台的旋转角度的范围为0～360°。

8.根据权利要求7所述的光谱检测系统，其特征在于：所述旋转平台的正下方设有驱动电机(15)，所述驱动电机的输出轴(151)与所述旋转平台连接。

9.根据权利要求4所述的光谱检测系统，其特征在于：所述滤光镜为菲涅尔透镜、长波用锗透镜、短波用光学玻璃或石英玻璃。